Le choix entre une ébauche forgée et une ébauche moulée pour un engrenage se tranche bien avant la coupe de la première dent, et il fixe discrètement le plafond de résistance, de durée de vie en fatigue, d'inspectabilité et de coût unitaire de tout ce qui suit. Deux pièces issues d'un même plan peuvent se comporter comme des composants différents une fois en service, et la raison tient presque toujours à la façon dont l'ébauche a été produite. Le forgeage déforme une billette solide par voie plastique sous marteau ou presse, refermant les vides et orientant le grain selon le contour de la pièce. La fonderie coule de l'acier liquide dans un moule et le laisse solidifier sur place, figant la porosité, les ségrégations et les inclusions que le front de solidification a laissées derrière lui. Chaque voie a sa niche technique légitime, et la bonne réponse dépend de la sévérité de la charge, des chocs répétés, de la taille de la pièce, de la complexité géométrique, de la taille de série et du budget de contrôle que le client accepte de payer. Cet article déroule les différences métallurgiques, la façon dont le contrôle non destructif lit chaque voie différemment, deux nuances de référence de part et d'autre de la ligne, l'arbitrage économique et la spécification que l'acheteur doit mettre sur l'appel d'offres.
Sur le plan métallurgique, les deux voies partent de la même idée mais divergent presque immédiatement sur la densité et la structure du grain. Une pièce forgée naît d'un lingot ou d'une billette coulés en continu, qui contient déjà porosité axiale, ségrégations et inclusions non métalliques. La presse ou le marteau de forge comprime ensuite cette billette dans deux ou trois directions, refermant les vides internes, brisant la structure dendritique de coulée et forçant l'acier à s'écouler autour de la cavité de l'outil. On obtient une microstructure travaillée avec un écoulement fibreux du grain qui suit le contour extérieur de la pièce, si bien que les lignes de flux cheminent parallèlement au trajet de contrainte du fond de dent au lieu d'être tranchées par l'usinage. La densité est proche de la valeur théorique, typiquement au-dessus de quatre-vingt-dix-neuf pour cent, et la ténacité directionnelle d'une ébauche correctement forgée est sensiblement supérieure à celle d'une section coulée de même composition nominale. Une pièce moulée, en revanche, solidifie depuis le liquide. Retassure, pores de gaz, inclusions de laitier ou de sable et ségrégations intergranulaires sont figées dans la section exactement là où le dernier métal liquide a viré au solide. Le grain est brut de coulée, dendritique grossier, et il n'existe pas de fibre volontaire. La densité est plus faible, et les propriétés mécaniques dans une section épaisse sont tirées vers le bas par les défauts qui ont survécu à la solidification, raison pour laquelle une même spécification chimique délivre sur une pièce moulée une résistance garantie et des limites de fatigue plus basses que sur une pièce forgée.
La différence de qualité interne saute aux yeux dès que l'ébauche passe au contrôle non destructif, et la logique d'acceptation n'est pas la même. Le contrôle ultrasonique sur une pièce forgée lit une matrice propre et fine, et cherche des défauts lamellaires, des fissures internes ouvertes lors de la trempe, et des plis de forgeage laissés non ébavurés dans la toile ou au bossage. La pratique industrielle classe les pièces forgées selon la taille et le nombre de réflecteurs admissibles dans chaque zone de profondeur, et l'amplification de l'écho se compare à des fonds de trou plat de diamètre connu. Comme la matrice est fine, le bruit de fond reste bas et les petits réflecteurs restent résolubles. Sur une pièce moulée, la même sonde ultrasonique rencontre une structure dendritique grossière qui diffuse le son dès l'échelle microstructurale, relevant le plancher de bruit et masquant les petits signaux. Les pièces moulées sont au contraire évaluées sur retassure, masselotte, inclusions de laitier et criques à chaud, qui tendent à être plus grandes mais moins nombreuses, et l'acceptation s'appuie généralement sur des normes radiographiques ou ultrasoniques volumétriques qui tolèrent des indications locales plus grandes dans les zones moins chargées. En pratique, cela signifie qu'une pièce moulée porte presque toujours une clause d'acceptation visuelle, dimensionnelle et CND plus stricte au kilogramme qu'une pièce forgée de même taille, parce que le fournisseur ne peut pas tenir pour acquise la saine internalité que la presse de forge a déjà livrée. Le magnétoscopique et le pénétrant sur les deux voies traquent ensuite les défauts débouchants : replis et fissures de trempe sur les pièces forgées, retassures de surface et inclusions de sable sur les pièces moulées.
Deux nuances illustrent proprement la séparation technique. Le 42CrMo4, livré en pièce forgée trempée et revenue, est l'acier de travail des couronnes dentées, des pignons et des arbres très sollicités. Après normalisation, trempe à l'huile et revenue, il atteint une résistance à la traction dans la fourchette de neuf cents à mille cent mégapascals sur des sections dimensionnées correctement, avec une bonne ténacité au choc et une limite de fatigue qui supporte des profils dentaires cémentés ou revenus par induction. C'est le choix par défaut pour les engrenages soumis à des chocs, à des renversements de marche, à de fortes pressions sur la ligne de pas ou à des jantes minces où une retassure serait catastrophique. Côté moulage, la nuance équivalente référencée sous la famille des normes DIN EN 10293 et ISO 3755 pour les aciers moulés délivre une résistance plus basse mais encore utile sur des sections plus épaisses qui seraient non économiques, voire impossibles à forger. C'est la réponse standard pour les très grands engrenages, les couronnes à nervures internes complexes, les carters asymétriques ou les ébauches qui emportent beaucoup de géométrie intégrée, comme des brides boulonnées et des poches allégées. La règle empirique est simple : si la contrainte au fond de dent et la contrainte de contact se situent dans le tiers supérieur de l'admissible matière, ou si le service comporte des chocs fréquents, retenez la voie forgée en 42CrMo4 ; si l'engrenage est grand, la géométrie est proche du nette forme, les charges sont faibles à moyennes et le coût de la matrice de forge ne s'amortit pas, spécifiez l'équivalent moulé et acceptez des propriétés garanties plus basses avec un CND plus serré.
L'arbitrage économique découle des composants fixes et variables des deux voies. Une pièce forgée nécessite un outillage en matrice fermée, amorti sur la série, et elle laisse des surépaisseurs d'usinage généreuses sur la bride, l'alésage et les faces de dents, parce que l'état après forgeage n'est pas assez précis. Le rendement matière sur une ébauche typique en matrice fermée avoisine quatre-vingts pour cent, le reste part en calamine, en bavure et en surplus usiné. Une pièce moulée nécessite un modèle et parfois des noyaux, moins chers que les matrices de forge, et la géométrie peut être coulée au plus près de la forme nette, si bien que la surépaisseur d'usinage est plus fine et le volume de copeaux plus faible. Sur une grande ébauche complexe qui nécessiterait autrement de souder des nervures et des brides depuis de la tôle, la pièce moulée l'emporte souvent au poids enlevé et au temps machine économisé. Le point de croisement est empirique : pour les petites ébauches rondes et symétriques jusqu'à quelques centaines de kilogrammes, les pièces forgées en outillages standard sont bon marché et la question de l'outillage disparaît. Dès que l'ébauche devient grande, asymétrique, nervurée ou géométriquement unique, le coût fixe d'une matrice fermée fait remonter le prix unitaire, et la voie moulée l'emporte, à moins que le cycle de service n'impose une microstructure forgée. La taille de série rejoue la balance : un engrenage unitaire pour un treuil de rechange justifie souvent une pièce moulée même si la pièce forgée serait plus forte, parce que l'amortissement de l'outillage sur une seule pièce est trop mince pour peser dans un sens ou dans l'autre.
Une fois la voie retenue, l'appel d'offres au fournisseur doit porter une spécification écrite brève pour que ce qui arrive corresponde à ce qui était visé. Indiquez la nuance d'acier et la norme à laquelle elle est commandée, par exemple 42CrMo4 selon EN 10083 pour une pièce forgée, ou l'équivalent moulé selon EN 10293 pour une pièce moulée. Indiquez le traitement thermique requis, l'état de livraison et la fourchette de dureté sur la dent et sur le moyeu, et si les essais de traction et de choc doivent être prélevés sur une éprouvette rapportée ou sur un téton prévu sur l'ébauche elle-même. Indiquez l'acceptation CND : ultrasons à une classe de réflecteur spécifiée pour la pièce forgée, radiographie ou ultrasons volumétriques à une nuance spécifiée pour la pièce moulée, plus magnétoscopie ou ressuage sur toutes les surfaces usinées après traitement thermique. Indiquez les tolérances du dessin, les exigences de marquage et si des certificats matière EN 10204 3.1 ou équivalent sont requis. Enfin, indiquez la taille de série et le délai souhaité, parce que ces deux nombres décident si le fournisseur prend une matrice standard, un modèle neuf, ou à défaut une fabrication soudée. Une ébauche spécifiée sur ces six points est quelque chose que le fournisseur peut chiffrer honnêtement, contrôler et livrer sans rouvrir la conversation métallurgique une fois la commande posée.